DE1911072C3 - Vakuumschalter - Google Patents
VakuumschalterInfo
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
- H01H33/6643—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having disc-shaped contacts subdivided in petal-like segments, e.g. by helical grooves
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- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
- Rotary Switch, Piano Key Switch, And Lever Switch (AREA)
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf scheibenförmige Kontaktstücke für Vakuumschalter, zwischen denen ein
Lichtbogen ziehbar ist und die jeweils in ihrer Oberfläche ein kontaktbildendes Kopfstück aufweisen,
das konzentrisch zum Kontaktstück angeordnet ist und dessen Durchmesser größer als der halbe Durchmesseides
Kontaktstückes ist das auf dem Umfang mit im Abstand angeordneten Schlitzen versehen ist die sich
vom Außenumfang des Kopfstückes zum Außenumfang des Kontaktstückes erstrecken und zwischen sich die
Lichtbogenfußpunkte führende Finger bilden.
An den Kontaktstücken eines bekannten Vakuumschalters (US-PS 31 82 156) verlaufen die Schlitze, die
einem zwischen den Kontaktstücken gezogenen Lichtbogen eine Drehbewegung um deren Mittelachse
erteilen sollen, spiralförmig radial nach außen. Weiterhin sind die Schlitze relativ schmal im Vergleich zur
Breite der Finger. Infolgedessen können die Lichtbogenfiißpunkte
von ihrer gewünschten Wandening in Umfangsrichtung abweichen, und die Schlitze werden
leicht durch geschmolzenes Material überbrückt und unwirksam gemacht. Dadurch wird das Stromunterbrechungsvermögen
stark eingeschränkt Außerdem sind die Schlitze wegen ihrer Spiralform schwierig herzustellen.
Es ist auch schon bekannt (US-PS 33 45 484), zur
Verkleinerung der Wirbelströme im radialen Innenbereich der Kontaktstucke radial nach innen führende
Schlitze vorzusehen.
besteht darin, einen Vakuumschalter mit einfach zu fertigen Kontaktstücken zu schaffen, der ein größeres
Stromunterbrechungsvermögen besitzt
Diese Aufgabe wird bei einem Vakuumschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß die Finger jeweils einen zum Kopfstück im wesentlichen tangentialen ersten Abschnitt und einen
im wesentlichen in Umfangsrichtung des Kontaktstükkes verlaufenden zweiten Abschnitt aufweisen, der mit
ίο dem Außenumfang des Kopfstückes und dem tat-gentialen
Abschnitt des benachbarten Fingers einen im wesentlichen geradlinig verlaufenden Schlitz bildet,
dessen mittlere Breite wenigstens gleich der halben Durchmesserbreite des in Umfangsrichtung verlaufen-
ΐΐ den Fingerabschnittes ist
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Schlitze an ihren inneren Enden
jeweils einen Abschnitt auf, der sich senkrecht zum tangentialen Schlitz radial nach innen unter das
Vorteilhafterweise sind die Finger an ihren äußeren Enden über der gesamten Breite abgerundet
Bei gemäß der Erfindung ausgestalteten Kontaktstükken wird der Stromfluß im Finger zuverlässig auf eine in
Umfangsrichtung verlaufende Bahn eingeengt und die auf den Lichtbogen einwirkende Magnetkraft dreht den
Lichtbogen in gewünschter Weise um den Kontaktumfang. Das Stromunterbrechungsvermögen wird um etwa
ein Drittel erhöht und die vergrößerte Breite der Schlitze verhindert eine Brückendbildung durch geschmolzenes
und verspritztes Material.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die im wesentlichen geradlinig verlaufenden Schlitze auf
einfache Weise gefräst werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Vakuumschalters,
Fig. 1.
F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht des in F i g. 2 gezeigten Kontaktstückes, wobei zur Klarheit ein Teil
entfernt ist.
F i g. 1 zeigt einen Vakuumschalter mit einer abgeschlossenen Umhüllung 10, die auf einen Druck von \0~* Torr oder weniger evakuiert ist Diese Umhüllung enthält ein zylinderförmiges Gehäuse 11 aus Isoliermaterial und ein Paar Endkappen 12 und 13, die über geeignete vakuumdichte Abdichtungen 14 mit den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 11 in Verbindung stehen.
F i g. 1 zeigt einen Vakuumschalter mit einer abgeschlossenen Umhüllung 10, die auf einen Druck von \0~* Torr oder weniger evakuiert ist Diese Umhüllung enthält ein zylinderförmiges Gehäuse 11 aus Isoliermaterial und ein Paar Endkappen 12 und 13, die über geeignete vakuumdichte Abdichtungen 14 mit den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 11 in Verbindung stehen.
In der Umhüllung 10 ist ein Paar relativ bewegbarer Kontaktstücke 17 und 18 angeordnet Diese sind in
F i g. 1 durch die ausgezogenen Linien in ihrer offenen Schaltstellung gezeigt Das obere Kontaktstück 17 ist
feststehend und auf geeignete Weise an einer leitenden Stange 17a befestigt die wiederum an seinem oberen
Ende mit der oberen Endkappe 12 vereinigt ist Das untere Kontaktstück 18 ist bewegbar und mit einer
leitenden Stange 18a verbunden, die auf zweckmäßige Weise für eine vertikale Bewegung angebracht ist Eine
Abwärtsbewegung des Kontaktstückes 18 von der in
ausgezogenen Linien dargestellten Lage zu seiner in gestrichelten Linien dargestellten Lage führt zu einem
6r> Eingriff der Kontaktstücke, wodurch der Schalter
geschlossen wird. Eine Rückbewegung nach unten dagegen trennt die Kontaktstücke und öffnet den
Schalter.
Die Stange 18a ragt frei durch eine Öffnung in der unteren Endkappe 13, und eine flexible metallische
Ausdehnungsmanschette 20 sorgt für eine Abdichtung um die Stange 18a herum. Damit ist eine vertikale
Bewegung der Stange erlaubt, ohne daß das Vakuum innerhalb der Umhüllung 10 beeinträchtigt wird.
Um die Stangen 17a bzw. 18a herum ist an deren Verbindung mit ihren Kontaktstücken eine Hülse 40 aus
einem Metall mit hohem Widerstand, wie z.B.
rostfreiem Stahl, vorgesehen. Diese Hülse zwingt den größten Teil des Stromes auf einen radial nach außen
gerichteten Pfad in die Kontaktstücke hinein.
Jedes Kontaktstück 17 und 18 weist eine im wesentlichen kreisförmige Scheibenform auf und besitzt
eine Hauptfläche, die dem anderen Kontaktstück zugewendet ist In der Mitte von jedem Kontaktstück ist
ein kontaktbildendes Kopfstück 25 angeordnet, das auf geeignete Weise an dem übrigen Kontaktkörper
angelötet ist Jedes kontaktbildende Kopfstück ist mit einer in der Mitte angeordneten Aussparung 27
versehen, so daß ein Kontakt zwischen den Kopfstükken auf einem ringförmigen Kontaktbereich 30 auftritt
wenn sich die Kontaktstücke in ihrer durch gestrichelte linien dargestellten Lage gemäß F i g. 1 befinden. Das
Kopfstück 25 besteht bevorzugt aus einem Material mit hoher Beständigkeit gegen Punktschweißung, wie z. B.
den Kupfer-Bismut- oder Kupfer-Blei-Legierungen. Das übrige Kontaktstück wird vorzugsweise aus einem
unterschiedlichen Metall hergestellt, das leicht zu bearbeiten ist, wie z. B. reines Kupfer. Für bestimmte
Anwendungsfälle kann es ausreichend sein, das gesamte Kontaktstück einteilig aus dem gleichen Material
herzustellen.
Der Durchmesser der ringförmigen Kontaktbereiche 30 ist so ausgewählt, daß der durch die geschlossenen
Kontaktstücke fließende Strom einem sich radial nach außen wölbenden bauchigen Pfad L folgt, wie es durch
die gestrichtelte Linie in F i g. 1 angedeutet ist Die magnetische Wirkung des durch diesen bauchförmigen
Pfad L fließenden Stromes versucht in bekannter Weise den Bauch tu verlängern. Wenn die Kontaktstücke
getrennt sind, so daß zwischen den Bereichen 30 ein Lichtbogen ausgebildet ist so treibt folglich die
Magnetwirkung des durch den Bauch fließenden Stromes den Lichtbogen in radialer Richtung nach
außen. Um die Auswölbung in dem bauchförmigen Pfad in ausreichendem Maße zu betonen, um so die
gewünschte hohe, radial nach außen wirkende Kraft zu erzeugen, wird der Außendurchmesser des kontaktbildendcn
Kopfstückes 25 größer als der halbe Durchmesser des scheibenförmigen Kontaktstückes gemacht
Wenn sich die Fußpunkte des Lichtbogens in Richtung ai<f den Außenumfang der scheibenförmigen
Kontaktstücke 17 und 18 verschieben, wird der Lichtbogen einer auf dem Umfang wirkenden Magnetkraft
unterworfen, die den Lichtbogen um die Mittelachse der Kontaktstücke dreht Diese auf dem
Umfang wirkende Magnetkraft wird durch eine Vielzahl von Schlitzen 32 erzeugt die in jedem der KontaktstUkke
vorgesehen sind und diese in eine Vielzahl von Fingern 33 unterteilt Jeder Schlitz 32 verläuft von
einem Ausgangspunkt am Außenumfang seines Kontaktstückes 17 oder 18 praktisch als Tangente zu dem
Außenumfang des Kopfstückes 25, berührt den Außenumfang des Kopfstückes an einem Punkt 34 und setzt
sich in tangentialer Richtung zu dem Kopfstücksumfang auf einer wesentlichen Strecke über den Punkt 34 hinaus
fort An seinem innersten Ende weist jeder Schlitz einen nach innen ragenden Teil 35 auf, der im wesentlichen
senkrecht zu dem tangentialen Teil des Schlitzes verläuft Dieser nach innen ragende Teil 35 erstreckt
sich von dem Außenumfang des Kopfstückes bis zu einem Punkt 36, der im Abstand radial innen von dem
Außenumfang des Kopfstückes angeordnet ist Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, verläuft das Kopfstück über dem
nach innen führenden Schlitzteil 35 oder überbrückt diesen. Der Schlitzteil 35 dient dazu, einen Stillstand des
ίο Lichtbogens in der Nähe des Innenendes eines Schlitzes
zu verhindern.
Aufgrund dieser Schlitzausbildung verläuft ein erster Abschnitt 33' von jedem Finger 33 im wesentlichen
tangential zum Kopfstück 25 und ein zweiter Abschnitt 33" erstreckt sich im wesentlichen in Umfangsrichtung.
Die Schlitze 32 zwingen den Strom, der in oder aus einem Bogenfußpunkt auf einem Finger 33 fließt einem
Pfad durch den Finger zu folgen, der auf dem Umfang der Kontaktscheibe in der Nähe des Lichtbogens
verläuft Wenn sich z. B. der Lichtbogen-Fußpunkt in Fig.2 an einer Stelle 40 befindet, verläuft der
tatsächliche Pfad des durch den FAiger 33 zu dem Lichtbogen fließenden Stromes auf dem Umfang der
Scheibe, wie es bei 41 angedeutet ist Diese Umfangskomponente des Strompfades bewirkt daß der durch
den Bauch L fließende Strom eine resultierende, auf dem Unitang wirkende Kraftkomponente entwickelt
die den Lichtbogen um die Mittelachse der Kontaktscheibe dreht
jo Diese im Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponente
ist groß genug, um jeden Fußpunkt des Lichtbogens an dem freien Ende der Finger 33 über die
Schlitze 32 hinweg zu einem benachbarten Finger zu treiben, so daß eine kontinuierliche Drehbewegung des
Lichtbogens auf der Kontaktoberfläche erzeugt wird. Es wurde jetzt allgemein gefunden, daß eine derartige
kontinuierliche Drehbewegung des Lichtbogens die Unterbrechung höherer Ströme ermöglicht Dies ist
offensichtlich deshalb der Fall, weil die Drehbewegung die Menge der durch den Lichtbogen erzeugten
gen ist es mit den scheibenförmigen Kontaktstücken gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispie! der
Erfindung möglich, bei gleichem Kontaktdurchmesser wesentlich höhere Ströme zu unterbrechen. Beispielsweise
konnte mit Kontaktstücken mit einem Durchmesser von 35 mm unter entsprechenden Spannungsbedingungen
ein Strom mit einem Effektivwert von 10 000 A unterbrochen werden. Im Vergleich hierzu konnte mit
bekannten Kontaktstücken des gleichen Durchmessers nur ein Strom mit einem Effektivwert von 7500 A
unterbrochen werden.
Wesentlich ist weiterhin die relativ große Breite der Schlitze 32 im Vergleich zur Breite der Fmger 33.
Diesbezüglich wird die Durchschnittsbreite w der Schlitze mindestens gleich der halben mittleren Breite y
der Finger 33 gemacht. Diese Angaben beziehen sich nur auf die Fingerabschnitte 33', die parallel zu dem
Umfang der Kontaktseheibe verlaufen. Dies wird aus Fig.2 ersichtlich, wo diese Breiten in dem Kontaktstück
17 so gezeigt sind, wie sie von dem anderen
b5 Kontaktstück gesehen würden. Diese vergrößerte
Schlitzbreite trägt z>· einer Anzahl wichtiger Vorteile bei. Vor allen Dingen führt dies zu einer verringerten
Breite der Finger, wodurch der Strompfad durch die
Finger hindurch in eine Richtung eingeschlossen wird, die in der Nähe des Bogenfußpunktes dem Umfangskreis
besser angenähert ist. Durch diese Konzentration des Strompfades ist die Magnetwirkung auf den
Lichtbogen wirkungsvoller in Umfangsrichtung gerichtel und somit dreht sie den Lichtbogen effektvoller auf
dem Scheibenumfang herum. Weiterhin verringert die vergrößerte Schlitzbreite die Möglichkeit, daß geschmolzenes
Metall, das infolge der Lichtbogen mit hohen Stromdichten entstanden ist, die Schlitze ausfüllt
und somit ihre Wirksamkeit durch die Bildung von Metallbrücken über die Schlitze verringert. Derartige
Metallbrücken sind unerwünscht, da sie Strompfade über die Schlitze bilden, die eine Beschränkung des
Stromes auf den gewünschten, auf dem Umfang r> verlaufenden Pfad beeinträchtigen.
Der Fußpunkt eines gezündeten Lichtbogens springt häufig bei seiner Wanderung von dem kontaktbildenden
nacu auueu uuci eilten
Γνι/(/ΐ3ΐυικ in 1 euidici !Meinung
Schlitz 32. Dies bringt den Lichtbogenfußpunkt auf einem Finger 33 sofort in eine Lage, wo eine starke in
Umfangsrichtung wirkende Kraft auf den Lichtbogen ausgeübt wird, so daß die Drehung des Lichtbogens an
einem außergewöhnlich frühen Punkt nach seiner Zündung beginnt. Die Lage des Schlitzes in unmittelbarer
Nähe des Umfangs des kontaktbildenden Kopfstükkes und der tangentiale Verlauf zu dem Kopfstück
tragen dazu bei, d3ß der Lichtbogenfußpunkt diesem
kurzen Pfad auf dem Fingerabschnitt 33' folgt. Die Schlitze 32 erstrecken sich vorzugsweise in dem Bereich jo
außerhalb des Kopfstückes 25 durch die gesamte Dicke ihrer zugehörigen Scheiben hindurch und bis zum
äußersten Umfang der Scheiben. Dadurch werden die Finger nahezu vollständig voneinander getrennt. Diese
Trennung führt zu einer stärkeren, den Bogen drehenden Kraft, die deshalb zur Verfügung steht, weil
der zu einem Bogenfußpunkt fließende Strom auf einen Pfad eingeengt ist, der zur Erzeugung einer Bogendrehung
besonders geformt ist.
Das Ende eines jeden Fingers ist vorzugsweise abgerundet oder auf seiner gesamten Breite bogenförmig,
wie es bei 45 angedeutet ist. Bekannte Kontaktstükke 'viesen an ihren Fingern scharfe Spitzen auf, an
denen die Lichtbogenfußpunkte offenbar leicht hängenbleiben und vor einem Sprung über di*n Schlitz ?2
Verzögerungen auftraten. Durch Beseitigung dieser scharfen Spitzen ist die Tendenz des Lichtbogens, an
dem Ende eines Fingers zu verweilen, vermindert, und der Lichtbogen wandert freier über den Schlitz 32.
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35 im wesentlichen geradlinig ausgebildet. Diese geradlinige Ausbildung gestattet es, daß die Schlitze auf
einfache Weise durch ein Fräsverfahren geformt werden. Ein rotierendes Fräswerkzeug, das um eine
Achse senkrecht zur Kontaktscheibe 17 angetrieben wird und dessen Durchmesser gleich der Schlitzbreite
ist, wird einfach von dem Außenumfang der Scheibe zu
einer Lage in der Nähe des inneren Endes des Schlitzes entlang einer geraden Linie geführt Danach wird die
Vorschubrichtung um etwa 90° verändert, um den kurzen nach innen ragenden Teil 35 des Schlitzes zu
bilden.
Claims (3)
1. Scheibenförmige Kontaktstflcke für Vakuumschalter,
zwischen denen ein Lichtbogen ziehbar ist und die jeweils in ihrer Oberfläche ein kontaktbildendes
Kopfstück aufweisen, das konzentrisch zum Kontaktstück angeordnet ist und dessen Durchmesser
größer als der halbe Durchmesser des Kontakt-Stückes
ist, das auf dem Umfang mit im Abstand angeordneten Schlitzen versehen ist, die sich vom
Außenumfang des Kopfstückes zum Außenumfang des KontaktstOckes erstrecken und zwischen sich die
Lichtbogenfußpunkte führende Finger bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (33)
jeweils einen zum Kopfstück (25) im wesentlichen tangentialen ersten Abschnitt (33') und einen im
wesentlichen in Umfangsrichtung des Kontaktstükkes (17, 18) verlaufenden zweiten Abschnitt (33")
aufweisen, der mit dem Außenumfang des Kopfstükkes (25) und dem tangentialen Abschnitt (33') des
benachbartes Fingers (33) einen im wesentlichen geradlinig verlaufenden Schlitz (32) bildet, dessen
mittlere Breite wenigstens gleich der halben Durchschnittsbreite des in Umfangsrichtung verlaufenden
Fingerabschnittes (33') ist
2. Vakuumschalter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die SckJitze (32) an ihren
inneren Enden jeweils einen Abschnitt (35) aufweisen, der sich senkrecht zum tangentialen Schlitz (32)
radial nach innen unter das Kopfstück (25) erstreckt
3. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (33) an ihren
Außenenden (45) über tier gesfc -lten Breite abgerundet
sind.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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